[发明专利]一种基于3D打印的智能响应型仿生系统及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于3D打印的智能响应型仿生系统及其制备方法和应用，属于材料制备和生物医学领域。本发明通过静电纺丝对3D打印支架进行仿生修饰，并同时赋予支架智能响应性，用于细胞培养和活性或功能调控。本发明公开的一种基于3D打印的智能响应型仿生系统在功能性材料或支架制备、干细胞培养、功能调控、组织修复和疾病治疗领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料制备和生物医学领域，尤其涉及一种基于3D打印的智能响应型仿生系统及其制备方法和应用。

背景技术

3D打印是一种以计算机辅助设计为基础的增材制造或快速成型技术。3D打印对工程、科学和医学等各个领域的重大创新做出了重大贡献。在生物医学方面，3D打印可实现定制化制造个性化的材料，用于器官模型的制造、个性化组织工程支架材料和假体的制造。例如在骨科、口腔颌面等外科疾病中，3D打印支架具有三维立体多孔结构和可控的力学性能，植入缺损部位，可防止组织坍塌为组织再生提供力学支撑，以恢复相应的功能和外观。

细胞疗法作为一种新兴的治疗方式，在疾病的治疗中受到广泛关注。其中，干细胞是一类具有自我更新和分化能力的细胞，具有强大的增殖能力和广阔的应用前景，在治疗血液病、肿瘤、中枢神经病变、心血管病、糖尿病、肝病、自身免疫病、运动系统损伤以及整形美容方面皆有良好效果。干细胞结合3D打印支架可形成一个细胞-材料移植复合物，可作为组织工程支架，用于组织修复和疾病治疗。然而目前3D打印支架存在细胞附着性差等不足，往往需要进行表面修饰，以提高细胞存活率(中国专利CN201811019502.3)。

静电纺丝是产生直径在纳米到微米级的聚合物基纤维的简单途径。静电纺丝制备的电纺纤维膜具有比表面积高、生物相容性好、可负载多功能颗粒等优点。重要的是，利用静电纺丝制备的纤维膜具有类似细胞外基质的三维网络状结构，为细胞的生长提供理想的环境，有利于提高细胞的粘附与增殖，被广泛用于细胞的培养。

目前，尚无研究报道用电纺纤维膜对3D打印支架表面进行仿生修饰，并同时赋予支架具有智能响应性，用于细胞培养和活性或功能调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于3D打印的智能响应型仿生系统。其特征在于，所述基于3D打印的智能响应型仿生系统由3D打印支架、仿生修饰层和智能响应性材料组成。

优选的，所述的3D打印支架由3D打印设备按照预设计的数字模型制备而成。

优选的，所述的3D打印支架材料包括但不限于壳聚糖、海藻酸钠、明胶、透明质酸、纤维素、羟基磷灰石、聚己内酯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚乳酸羟基乙酸、聚碳酸酯、聚氨酯、光敏树脂、陶瓷粉末、SEBS弹性体等中的一种或多种。

优选的，所述的仿生修饰层由静电纺丝制备的纤维膜组成。

优选的，所述纤维膜成分包括但不限于壳聚糖、海藻酸钠、明胶、胶原蛋白、透明质酸、纤维素、蚕丝蛋白、聚己内酯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚乳酸羟基乙酸中的一种或多种。

优选的，所述的智能响应性材料为具有物理刺激(电、光、热、声、磁、力)响应性的颗粒，包括但不限于石墨烯、氧化石墨烯、金/银纳米粒、金纳米棒、四氧化三铁(Fe₃O₄)、二氧化锰(MnO₂)、二硫化钼(MoS₂)、多巴胺纳米粒中的一种或多种。

本发明还提供了一种基于3D打印的智能响应型仿生系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备具有智能响应性材料；

(2)由3D打印设备制备3D打印支架；

(3)将智能响应性材料与电纺纤维材料共混均匀，通过静电纺丝技术在步骤(2)中制备的3D打印支架表面沉积纤维。

或